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http://ciqa.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1025/769| Desarrollo y evaluación de membranas iónicas de poliestireno-acrilato de butilo para la industria cloro-alcalina | |
| Juan Carlos Sánchez Hiza | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Maestría en tecnología de polímeros | |
| Las membranas de intercambio catiónico (CEM) son el componente más importante en el
proceso de electrólisis de salmuera para obtención de cloro-álcali. Su función principal radica en
el transporte de especies Na
+
del compartimiento anódico hacia el compartimiento catódico,
permitiendo la obtención de productos como cloro e hidrógeno en estado gaseoso e hidróxido de
sodio. En este trabajo de investigación se presentan los resultados obtenidos de la síntesis y
caracterización de un copolímero al azar de estireno-acrilato de butilo (St-co-BuA) obtenidos por
polimerización en masa mediante radicales libres, con una relación molar de 80:20. La
composición real del material fue obtenida mediante RMN
1
H y se utilizó FTIR para identificar
los grupos funcionales del copolímero. El copolímero fue funcionalizado para insertar sitios
iónicos mediante sulfonación directa al 100% mol, utilizando H2SO4 fumante como agente
sulfonante y 40ºC durante 5h. Se prepararon membranas de espesor controlado con la
metodología Dr. Blade utilizando cuatro disolventes (THF, MEK, Tolueno/Acetona (1:1) y
Tolueno/THF (1:1)). Se emplearon técnicas espectroscópicas (FTIR, RMN
1
H y
13
C), térmicas
(DSC y TGA) y GPC para obtener las propiedades del copolímero sulfonado, además de las
propiedades mecánicas (TMA y DMA) y morfológicas (SEM). Las propiedades de transporte
iónico fueron obtenidas a partir de la capacidad de intercambio iónico (IEC), retención de agua
(WU) y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). El grado de sulfonación (DS) se
obtuvo a través de RMN
1
H, TGA y relación de los resultados obtenidos en IEC. El
comportamiento térmico del copolímero sulfonado reveló una temperatura de transición vítrea
superior a la de su contraparte sin sulfonar. El valor de IEC fue similar o mayor a los resultados
reportados para la membrana comercial Nafion 117, para la mayoría de las CEM fabricadas con
disolventes de constante dieléctrica elevada. El DS obtenido por IEC fue de 50 %, pero de 38%
por TGA y 35% por RMN
1
H, mientras que la mayor WU fue para la membrana fabricada con
MEK. Además, la IEC de las membranas fue similar o superior a la del Nafion 117, excepto la
fabricada con la mezcla de disolventes apolares Tolueno/THF (1:1). El TMA mostró el efecto
huloso del comonómero de acrilato de butilo y el DMA la afinidad de los agregados iónicos por
las moléculas de agua. De acuerdo con SEM, la mayoría de las membranas presentaron gran cantidad de poros a lo largo de la sección transversal. Las membranas obtenidas presentaron características sobresalientes en conductividad de especies catiónicas (Na+); sin embargo, las propiedades mecánicas a temperatura elevada y condiciones de deshidratación durante el secado de las membranas impactan considerablemente. Por lo tanto, la fabricación de membranas de intercambio catiónico de sSt-co-BuA es factible y económico, pero al momento poco controlable y reproducible. | |
| 2024 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| QUÍMICA | |
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